实验中电表的准确度级别及测量误差

权忆文

物理是一门以实验为基础的学科.实验教学是物理教学的重要组成部分,通过观察和实验可以帮助学生加深对知识的理解,发展学生的动脑动手能力,更好地实施实验教学,培养学生实事求是的科学精神.

在实验中难免会遇到误差问题,但在真正的操作中很多同学都会忘记这一重要的东西.也许平常课堂上大家会注意这些,可是往往掌握并不代表能够在试验中准确的应用.只有通过实验,通过亲手操作才能够更加深刻的记忆,一次实验的重要性也是可想而知的.实验能够帮助学生更好的理解书本上那些枯燥难懂的知识,我们教学的目的在于让学生学会、学懂、运用.故此更凸显了实验的重要性.因此也更要注意误差的处理和解决办法,为了教学,更是为了学生.

一、实验目的

1.培养学生树立实事求是的科学精神.2.掌握科学的实验方法.3.培养学生初步的观察和实验能力.4.培养学生的创新精神和团结协作精神.

二、实验重点

本学期实验教学的重点是部分演示实验分组实验.

三、实验难点

1.将探究方法和创新精神用于教学中.2.将演示实验变为分组实验.

四、误差的处理

1.减少环境误差.检查仪器的使用条件是否得到满足,如温度、压力是否符合要求,电磁场或光线有无干扰,以及仪器设备使用状态是否满足设计要求,如水平、铅直、拉伸等状态是否调整好,光学仪器透镜器件等有否调整到共轴等高,电源电压供给是否达到要求值等.

2.相对测量法.相对测量法是利用已知其精确数据的标准样品,在同样条件下与待测样品进行对比实验,这样做可以消去一些已知或未知的系统误差.光谱分析中,把样品的光谱、色度与标准谱、标准色相比较,从而找出样品的成分就是运用这种方法.

3.直接替代法.直接替代法是直截了当地测定物理量的方法.

4.交替测量法.把测量对象的位置相互交替,是交替测量方法中的一种.使用等臂天平时的复称法也是位置的交替,以此消除天平的不等臂误差.交替测量的一种.常见的反向操作有升温、降温、增大、减小电流.增强、减弱磁场,增减外力,增减亮度等.这种操作方法有利于消除一部分误差.

5.补偿法.在验证牛顿第二定律这个实验中,为了补偿小车在木板上受到的阻力,在实验前将木板略微倾斜,使小车在不受拉力牵引时能在长木板上做匀速直线运动.在用混合法测物质比热这个实验中,为了补偿损失的热量,常将平衡温度选择在环境温度以下.1687年,牛顿为了解决两个悬挂球在平衡位置碰撞时,从某一高度向下摆动时空气阻力的影响,采取了补偿的方法,将球多拉开一段距离.

6.动态操作法.在测量中,动态测量比静态测量有更高的灵敏度.天平常用摆动法测量其停点,让光屏来回移动确定成清晰像的位置,都是动态操作的具体实例.卡文迪许用扭秤作万有引力实验时也利用了摆动的方法.让扭秤的臂杆处于静止状态,而使重锤摆动,用摆动法测定重锤的平衡位置,从而提高了测量的灵敏度.

在电学实验中,让学生熟练掌握正确使用电表及对测量结果正确进行误差估算这两个问题是至关重要的.本文主要谈谈电表的一些有关技术指标及如何正确使用它们,从而达到正确测量的要求.常用电表按其测量机构的工作原理,主要分为三类:①磁电式;②电磁式;③电动式.使用时应根据测量的要求选用.对于直流电压和电流以及交流电整流后平均值的测量,可以选用磁电式仪表.这类表标有正负极性.对于正弦交流电有效值的测量,可选用电磁式和电动式仪表,这类表不分正负极性.电磁式和电动式仪表也可以测量非正弦交流电的有效值.对于频率变化很宽的待测值,则要选用电子管或晶体管仪表.实验室用的直流电表通常是磁电式电表.不论是电压表还是电流表,其表面都有一些符号表明该表的性能,其中有一项指标,指出该表的准确度等级.

我国常用的电工仪表分为七级,分别为0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0等级数,该数字的含义及它与测量误差的关系,下面作以说明.

利用电表测量时的误差主要有三类.①仪器误差.由于电表结构和制作上的不完善所引起,例如,轴承摩擦,分度不准,游丝的变形等原因,使得电表的指示值与真值有误差.②读数误差.由于读数不准引起的误差.③附加误差.这是由于外界因素的变动对仪表读数产生影响而造成的.外界因素指的是温度、电场、磁场等.当电表在正常情况下(符合仪表说明书上所要求的工作条件)使用和读数时,测量的误差可只考虑仪器误差.

五、电表实验的具体问题

上边已经听谈到误差问题,测量时总存在一定误差,示值与真值(实验值)之间的差值称为绝对误差.但绝对误差不能确切地反映出测量的准确程度,故常用相对误差,即绝对误差与真值之比的百分数来评价测量的准确程度.相对误差越小,准确度就越高.相对误差虽可说明测量结果的准确度,但不能用它来评价电表的准确度,这是因为电表在测量中有规定的范围,在此范围内即使标尺上各示值的绝对误差均保持恒定,但相对误差却不恒定.

总之,要根据被测量的大小,选用合适的量程.所选量程太小会损坏电表;选用的量程过大,会因指针偏转太小而降低了测量准确度.在同一量程中,指针偏转越大,相对误差越小,测量准确度越高.测量中应尽可能使指针偏转较大,一般要求指针偏转超过满度的2/3以上,这样误差就比较小.